JP2019516109A - 可変型ピンホールコリメータ及びこれを用いた放射線画像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は可変型ピンホールコリメータ及びこれを用いた放射線画像装置に関する。【解決手段】本発明に係る可変型ピンホールコリメータは、それぞれの板面に互いに相異なるサイズを有する複数のピンホール用形成ホールが回転軸から同じ半径に円周方向に沿って形成され、複数の回転可動ホールがそれぞれの板面に回転軸を中心にして前記円周方向に沿って形成され、放射線の入射方向に積層された複数のピンホールプレートと、複数の前記ピンホールプレートの前記回転可動ホールに前記入射方向に順次引き込まれ、前記回転軸を中心にして複数の前記ピンホールプレートを回転させ、それぞれの前記ピンホールプレートに形成された複数の前記ピンホール用形成ホールのうちの選択された一つずつが重畳領域に順次位置するように、複数の前記ピンホールプレートを回転させて前記重畳領域にピンホールを形成する駆動モジュールを含むことを特徴とする。これにより、ガンマカメラや単一光子放射断層撮影装置のような放射線画像装置に適用されるピンホールコリメータの画角やホールの直径のようなピンホールコリメータのピンホールを構成するパラメータの変更が可能で、様々なピンホール形状を具現化することが可能でありながら、より薄い厚さで具現化することが可能になる。【選択図】図６

Description

本発明は、可変型ピンホールコリメータ及びこれを用いた放射線画像装置に関するもので、より詳細には、ガンマカメラや単一光子放射断層撮影（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、ＳＰＥＣＴ）装置のような放射線画像装置で放射線の通過領域や方向を決定する可変型ピンホールコリメータ及びこれを用いた放射線画像装置に関する。

放射線画像装置は、放射線同位元素を用いて画像を得る装置で、核医学診断の分野をはじめ、非破壊検査の分野で広く使用されている装置の一つである。

核医学診断の分野で使用される放射線画像装置、例えば、ガンマ線を用いるガンマカメラや単一光子放射断層撮影装置は、人体の構造情報を提供する他の診断装置、例えば、磁気共鳴撮影装置（ＭＲＩ）や超音波診断装置とは異なり、放射性医薬品を用いて、人体の機能情報を提供する。

図１は、通常のガンマカメラ１の構成を示す図である。一般のガンマカメラ１は、コリメータ１０と、コリメータ１０を通過した放射線を検出する放射線検出部２０を含む。

コリメータ１０は、生体内の追跡者から放出されるガンマ線のうち、特定の方向のガンマ線のみを通過させ、他の方向から来るガンマ線を遮断する照準器としての機能を果たす。すなわち、コリメータ１０は、生体部位から放出されるガンマ線を幾何学的に制限して、必要な部位から放出されるガンマ線だけを放射線検出部２０に入射させる。

図１及び図２に示すコリメータ１０は、多数のホールが形成された多重ピンホールコリメータ（またはＰａｒａｌｌｅｌ−ｈｏｌｅ ｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）の例を示したものであり、図３は、一定の画角θを有するピンホールコリメータ（Ｐｉｎ−ｈｏｌｅｃｏｌｌｉｍａｔｏｒ）の例を示した図である。

再び、図１を参照して説明すると、放射線検出部２０は、シンチレータ２１、光ガイド部２２と光増倍管２３を含むことができる。コリメータ１０を通過したガンマ線はシンチレータ２１に入射される。

ここで、コリメータ１０を通過してシンチレータ２１と反応したガンマ線は、シンチレータ２１により検出しやすい形状の低エネルギー電磁波に変換され、光ガイド部２２を経て、光電子増倍管２３で増幅および電気信号に変換され、検出された位置やエネルギーなどは、コンピュータ（図示せず）に保存されることで、画像を獲得する。

前記のようなガンマ線カメラの原理を用いる単一光子放射断層撮影装置は、１９７６年、Ｗ．Ｉ．Ｋｅｙｓによって初めて開発され、１９７９年、Ｒ．Ｊ．Ｊａｓｚｃｚａｋによって脳専用装置が開発された。

単一光子放射断層撮影装置は、ガンマカメラ１の動作原理と類似しているのに、生体Ｔ内に単一光子、例えば、ガンマ線を放出する放射性医薬品を注入して、生体内で発生するガンマ線が生体を透過したことを、図２に示すように、生体の周りを回転するガントリ（図示せず）に設置されたガンマカメラで複数の角度から測定し、検出された信号を画像再構成アルゴリズムによって断層画像を獲得する。

したがって、単一光子放射断層撮影装置にもガンマカメラ１と同様に、コリメータ１０とガンマ線検出部２０が適用される。

図３は、ガンマカメラ１や単一光子放射断層撮影装置に適用される従来のピンホールコリメータ１０ａを用いたガンマ線画像装置１ａの原理を説明するための図である。

図３を参照して説明すると、ピンホールコリメータ１０ａは、一定の画角（Ａｃｃｅｐｔａｎｃｅ ａｎｇｌｅ、θ）とホールの直径（Ｈｏｌｅ ｄｉａｍｅｔｅｒ、ｌ）を有するように構成されている。これにより、画角の範囲内で入射されるガンマ線だけがホールを通過するように形成され、前述したように、多重のピンホールコリメータ１０と異なる幾何学的構造によりガンマ線を選択的に通過させる。

ピンホールコリメータ１０ａを用いたガンマ線画像装置１ａの解像度と敏感度はピンホールコリメータ１０ａの画角θとホールの直径ｌ、測定対象とピンホールコリメータ１０ａとの間の距離Ｄ１と、そして、ピンホールコリメータ１０ａとガンマ線検出部２０ａとの間の距離Ｄ２によって決まる。

ところで、従来のピンホールコリメータ１０ａの場合には、画角θとホールの直径ｌが固定されており、関心領域（Ｒｅｇｉｏｎ Ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ、ＲＯＩ）の位置やサイズに応じて、解像度や敏感度が低下するという問題が発生する。

一例として、画角が広いほど、より広い領域で放出されるガンマ線の検出が可能であるが、図３に示すように、病変Ｌのような関心領域が生体Ｔの内部に位置するので、生体Ｔの全領域を撮影できる画角を有するピンホールコリメータ１０ａを使用すると、関心領域の病変Ｌの解像度は、相対的に低くなるしかない。

特に、単一光子放射断層撮影装置の場合には、生体の周辺を回転しながら撮影するのに、画角θが固定されたピンホールコリメータ１０ａを用いる場合、患者ごとに病変の位置が固定されていないので、全生体を撮影できる画角θを有するピンホールコリメータ１０ａを使用する。

この場合、図４の（ａ）に示すように、生体から画角に合わせて一定の間隔で離間した状態でピンホールコリメータ１０ａ及びガンマ線検出部２０ａが回転するのに、実際の関心領域の病変Ｌとピンホールコリメータ１０ａとの距離が変わり、病変Ｌから遠いところで獲得された画像の場合、実際の病変Ｌの解像度は相対的に低くなるしかない。

このような欠点を解消するために、近来、病変Ｌの位置に適した画角θを有するピンホールコリメータ１０ａで差し替えた後、図４の（ｂ）に示すように、関心領域の病変Ｌとの距離を画角θに合わせて測定する方法が提案されている。

しかし、図４の（ｂ）に示した方法の場合には、関心領域の病変Ｌとピンホールコリメータ１０ａとの間の距離が遠くなって画像の敏感度が減少することになり、結果的に敏感度を高めるために、患者により多くの放射性物質を注入すべきという欠点がある。

また、図５に示すように、近来、様々なピンホール形状を有するピンホールコリメータの必要性が提起されており、実際の製品で適用されている。図５の（ａ）と（ｂ）に示すような円形のピンホール形状の外にも、図５の（ｃ）乃至（ｅ）に示すように、多角形のピンホール形状のピンホールコリメータが使用されている。また、ホールの直径を形成するに当たっても、上下方向に一定の空間を形成する場合（図５の（ａ）参照）があり、上下方向に薄く形成する場合（図５の（ｂ）参照）、コーン領域を多角形に具現して、直径の部分は円形で具現（図５の（ｃ）及び（ｄ）を参照）している場合もある。加えて、上下方向に非対称的な構造（図１１参照）で製作されている場合もある。

前記のような様々な形態のピンホールコリメータを既存のガンマカメラのような放射線画像装置に適用する場合には、適用分野に応じて、必要な形態のピンホールコリメータを購入し、これを差し替えて使用すべきという欠点がある。

前記のような問題を解消するために、本願出願人によって出願され公開された韓国登録特許公報第１０−１３６４３３９号に開示された「可変型ピンホールタイプコリメータ及びこれを用いた放射線画像装置」では、画角が調整可能なピンホールコリメータを提案している。

ところで、前記韓国登録特許公報に開示されたピンホールコリメータの場合には、多数の絞りを積層して、ピンホールの画角や方向を調節するように構成されているのに、一つの絞りを構成するのに多数の板を用いるべきで、結果的に積層されている板の数がピンホールコリメータを構成する絞りの数と、一つの絞りを構成する板の数との積だけ増加して、ピンホールコリメータの厚さを増加するという問題がある。

また、絞りが狭くなる領域、特にホールの直径部分の場合には、例えば、一つの絞りがホールの直径を構成しても一つの絞りを構成する多数の積層された板によってホールの直径が多数の板が重ね合わされて形成される形状を有するようになり、より精密なピンホールの形成に制約を受ける問題がある。

そして、それぞれの絞りを調節するための駆動部が各絞り毎に必要になるのに、これは駆動が複雑になって、全体のサイズと重量を増加させる要因として作用する。これを単一光子放射断層撮影装置に適用すると、ガントリの重量を増加させる要因として作用するようになってガントリーの回転メカニズムを具現するのに制約条件として作用する。

本発明は、前記のような問題を解消するために案出されたものであり、ガンマカメラや単一光子放射断層撮影装置のような放射線画像装置に適用されるピンホールコリメータの画角やホールの直径などのようなピンホールコリメータの特性の変更を可能としながらも、より薄い厚さで具現が可能な可変型ピンホールコリメータ及びこれを用いた放射線画像装置を提供することにその目的がある。

また、ピンホールコリメータの画角やホールの直径を調節するための駆動部の構成を簡素にして製造コストを低減しながらも、構造とサイズを簡素化させることができる可変型ピンホールコリメータ及びこれを用いた放射線画像装置を提供することに他の目的がある。

前記目的は、本発明に係り、可変型ピンホールコリメータにおいて、それぞれの板面に互いに相異なるサイズを有する複数のピンホール用形成ホールが回転軸から同じ半径に円周方向に沿って形成され、複数の回転可動ホールがそれぞれの板面に回転軸を中心にして前記円周方向に沿って形成され、放射線の入射方向に積層された複数のピンホールプレートと、複数の前記ピンホールプレートの前記回転可動ホールに前記入射方向に順次引き込まれ、前記回転軸を中心にして複数の前記ピンホールプレートを回転させ、それぞれの前記ピンホールプレートに形成された複数の前記ピンホール用形成ホールのうちの選択された一つずつが重畳領域に順次位置するように、複数の前記ピンホールプレートを回転させて前記重畳領域にピンホールを形成する駆動モジュールを含むことを特徴とする可変型ピンホールコリメータによって達成される。

ここで、それぞれの前記ピンホールプレートの前記回転軸には、板面が貫通して形成された回転軸ホールが形成され、複数の前記ピンホールプレートの前記回転軸ホールに挿入されて、複数の前記ピンホールプレートの回転を支持する回転支持部をさらに含むことができる。

また、複数の前記回転可動ホールは、複数の前記ピンホール用形成ホールと、前記回転軸ホールとの間に形成されることができる。

そして、複数の前記回転可動ホールと前記回転軸ホールは連通し、前記回転軸ホールと複数の前記回転可動ホールが歯車形状を有することができる。

そして、前記駆動モジュールは、回転ベース部材と、それぞれの前記回転可動ホールに対応する位置に、前記回転ベース部材の板面から前記ピンホールプレートの方向に突出して、それぞれの回転可動ホールに引き込み可能な複数のホール引込バーと、複数の前記ホール引込バーが対応する前記回転可動ホールに引き込み及び引き出しを行うように前記回転ベース部材を前記ピンホールプレートに接近及び離間させる往復駆動部と、前記ピンホールプレートが前記回転軸を中心にして回転するように、前記ホール引込バーが前記回転可動ホールに挿入された状態で前記回転ベース部材を回転させる回転駆動部を含むことができる。

そして、複数の前記ホール引込バーが前記回転可動ホールに引き込まれた状態で引込方向の反対側の前記ピンホールプレートの該ピンホール用形成ホールから前記重畳位置に移動するように、前記回転駆動部が前記回転ベース部材を回転させて、前記往復駆動部が前記回転ベース部材を前記ピンホールプレートから離間させて，前記引込方向の反対側の前記ピンホールプレートの前記回転可動ホールから前記ホール引込バーが引き出された後、次の前記ピンホールプレートの該ピンホール用形成ホールが前記重畳位置に移動するように、前記回転駆動部が前記回転ベース部材を回転させて、前記引込位置の反対側の前記ピンホールプレートから順次に該ピンホール用形成ホールが前記重畳位置に位置して、前記ピンホールが形成されることができる。

また、前記回転可動ホールは、前記ピンホール用形成ホールの数に対応して形成され、相互対応する前記回転可動ホールと前記ピンホール用形成ホールは、前記回転軸を中心にして同じ角度で形成されることができる。

そして、前記ピンホール用形成ホールは円形形状又は多角形形状を有することができる。

また、前記ピンホール用形成ホールは、円形形状を有する複数の円形形成ホールと、多角形形状を有する複数の多角形形成ホールを含むことができる。

そして、前記ピンホール用形成ホールはサイズ順に配列されることができる。

一方、前記目的は、本発明の他の実施形態に係り、放射線画像装置において、前記可変型ピンホールコリメータと、前記可変型ピンホールコリメータの前記ピンホールを通過した放射線を検出する放射線検出部と、前記放射線検出部によって検出された放射線を画像化する放射線画像処理部と、放射線を放出する測定対象にフォーカシングされるように、前記可変型ピンホールコリメータの前記ピンホールの形状が調節されるように、前記可変型ピンホールコリメータの駆動モジュールを制御する制御部を含むことを特徴とする放射線画像装置によっても達成される。

ここで、前記可変型ピンホールコリメータと前記放射線検出部を、前記測定対象の周辺に回転させるガントリをさらに含み、前記制御部は、前記可変型ピンホールコリメータが前記測定対象の周辺を回転するのに伴い、前記測定対象と前記可変型ピンホールコリメータとの間の距離の変化と、前記測定対象のサイズに基づいて、前記可変型ピンホールコリメータの前記ピンホールの画角を調節することができる。

そして、前記可変型ピンホールコリメータと前記放射線検出部との間の間隔が調節されるように、前記可変型ピンホールコリメータと前記放射線検出部のうちの少なくともいずれかを移動させる間隔調節モジュールをさらに含み、前記制御部は、前記可変型ピンホールコリメータの前記ピンホールの画角調節と同期されて、前記可変型ピンホールコリメータと前記放射線検出部との間の間隔が調節されるように、前記間隔調節モジュールを制御することができる。

また、前記測定対象は生体内に位置する病変を含み、前記病変の前記生体内部の位置に応じて前記可変型ピンホールコリメータと前記放射線検出部が前記人体の周辺を回転するときに、前記測定対象と前記可変型ピンホールコリメータとの間の距離が変わることができる。

前記のような構成に応じて、本発明に係ると、ガンマカメラや単一光子放射断層撮影装置のような放射線画像装置に適用されるピンホールコリメータの画角やホールの直径のようなピンホールコリメータのピンホールを構成するパラメータの変更が可能で、様々なピンホール形状を具現化することが可能でありながらも、より薄い厚さで具現化することが可能な可変型ピンホールコリメータ及びこれを用いた放射線画像装置が提供される。

また、ピンホールコリメータの画角やホールの直径を調節するための駆動部の構成を簡素にして製造コストを低減しながらも、構造とサイズを簡素化させることができる。

通常のガンマカメラの構成を示した図である。 単一光子放射断層撮影装置の動作原理を説明するための図である。 従来のピンホールコリメータを用いたガンマ線画像装置の原理を説明するための図である。 従来のピンホールコリメータが適用された単一光子放射断層撮影装置の動作の例を示した図である。 従来の様々な形態のピンホールコリメータの例を示した図である。 本発明の実施形態に係る可変型ピンホールコリメータの構成を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る可変型ピンホールコリメータの構成を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る可変型ピンホールコリメータの動作方法を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る可変型ピンホールコリメータの動作方法を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る可変型ピンホールコリメータのピンホール形成モジュールにより形成されるピンホールの例を示した図である。 本発明の実施形態に係る可変型ピンホールコリメータのピンホール形成モジュールにより形成されるピンホールの他の例を説明するための図である。 本発明の他の実施形態に係る可変型ピンホールコリメータのピンホールプレートの例を示した図である。 本発明の実施形態に係る可変型ピンホールコリメータが適用された放射線画像装置の構成の例を示した図である。 本発明の実施形態に係る可変型ピンホールコリメータが適用された放射線画像装置の動作の例を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る可変型ピンホールコリメータが適用された放射線画像装置の動作原理を説明するための図である。

本発明は、可変型ピンホールコリメータ及びこれを用いた放射線画像装置に関する。本発明に係る可変型ピンホールコリメータは、それぞれの板面に互いに相異なるサイズを有する複数のピンホール用形成ホールが回転軸から同じ半径に円周方向に沿って形成され、複数の回転可動ホールがそれぞれの板面に回転軸を中心にして前記円周方向に沿って形成され、放射線の入射方向に積層された複数のピンホールプレートと、複数の前記ピンホールプレートの前記回転可動ホールに前記入射方向に順次引き込まれ、前記回転軸を中心にして複数の前記ピンホールプレートを回転させ、それぞれの前記ピンホールプレートに形成された複数の前記ピンホール用形成ホールのうちの選択された一つずつが重畳領域に順次位置するように、複数の前記ピンホールプレートを回転させて前記重畳領域にピンホールを形成する駆動モジュールを含むことを特徴とする。

以下、添付された図面を参照して、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。本発明に係る可変型ピンホールコリメータ１００は、ガンマカメラや単一光子放射断層撮影装置のような放射線画像装置に適用される。本発明では、核医学用放射線画像装置に適用されることを例にしているが、ガンマ線を用いた非破壊検査用放射線画像装置や放射能検査装置にも本発明に係る可変型ピンホールタイプコリメータが適用可能である。

図６及び図７は、本発明の実施形態に係る可変型ピンホールコリメータ１００の構成を説明するための図である。図６及び図７を参照して説明すると、本発明の実施形態に係る可変型ピンホールコリメータ１００は、複数のピンホールプレート１１１と駆動モジュール１２０を含む。

複数のピンホールプレート１１１は、放射線の入射方向に積層されてピンホールＰＨを形成するピンホール形成モジュール１１０を構成する。ここで、それぞれのピンホールプレート１１１には、図６及び図７に示すように、複数のピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎと複数の回転可動ホール１１２が形成される。

複数のピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎは、互いに相異なるサイズで備わるのに、本発明の一実施形態では、ピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎが円形形状を有することを例にしており、その直径が 互いに相異なる形状で備わることを例にする。そして、複数のピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎは、図７に示すように、ピンホールプレート１１１の回転軸から同じ半径ｄ１、ｄ２に形成されることを例にする。

複数の回転可動ホール１１２は、ピンホールプレート１１１の板面に回転軸を中心にして円周方向に沿って形成されるのに、本発明の実施形態では、回転軸から同じ半径上に配置されることを例にする。本発明では、図６及び図７に示すように、複数の回転可動ホール１１２が複数のピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎと回転軸（または、後述する回転軸ホール１１３）との間に形成されることを例にする。

駆動モジュール１２０は、複数のピンホールプレート１１１を回転させて、重畳領域ＰＦＡにピンホールＰＨを形成する。より具体的に説明すると、駆動モジュール１２０は、複数のピンホールプレート１１１の回転可動ホール１１２に入射方向に順次引き込まれて、回転軸を中心にして複数のピンホールプレート１１１を回転させる。

このとき、それぞれのピンホールプレート１１１に形成された複数のピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎのうちの選択された一つずつが、重畳領域ＰＦＡに順次位置するようにピンホールプレート１１１を回転させることにより、重畳領域ＰＦＡにピンホールＰＨを形成する。

前記のような構成を介して、それぞれのピンホールプレート１１１が回転軸を中心に回転したときに、重畳領域ＰＦＡに位置するそれぞれのピンホールプレート１１１の該ピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎの直径によって全ピンホールＰＨが、様々な形状を有することができるところ、これについての詳細な説明は後述する。

一方、本発明の実施形態に係る可変型ピンホールコリメータ１００のそれぞれのピンホールプレート１１１の回転軸には、図６及び図７に示すように、板面に貫通して形成された回転軸ホール１１３が形成されることができる。本発明では、複数の回転可動ホール１１２と回転軸ホール１１３が連通する形状で備わって、回転軸ホール１１３と複数の回転可動ホール１１２が歯車形状を有することを例にする。

ここで、回転可動ホール１１２がピンホールプレート１１１の内部に形成されるのは、本発明に係る一実施形態であり、ピンホールプレート１１１の縁に沿って歯車形状に備わることができる。

また、回転可動ホール１１２は、ピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎの数に対応して形成されることができ、互に対応する回転可動ホール１１２とピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ 、１１１ｎは、回転軸を中心に同じ角度で形成されることを例にする。これにより、それぞれのピンホールプレート１１１のピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎが個別に重畳領域ＰＦＡに位置するように、個別に回転して停止しても、それぞれのピンホールプレート１１１の回転可動ホール１１２は連通する状態を保持する。

ここで、回転可動ホール１１２の数とピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎの数が同一に形成されるのは、本発明に係る一例として、図７及び図１２に示すように、その数が異なるように形成されることができる。

そして、本発明の実施形態に係る可変型ピンホールコリメータ１００は、複数のピンホールプレート１１１の回転軸ホール１１３に挿入され、ピンホールプレート１１１の回転を支持する回転支持部１３０を含むことができる。これにより、複数のピンホールプレート１１１の回転軸ホール１１３に回転支持部１３０が挿入された状態で、駆動モジュール１２０がピンホールプレート１１１を回転させると、回転支持部１３０を回転軸にしてピンホールプレート１１１が回転可能になる。

一方、本発明の一実施形態に係る駆動モジュール１２０は、図６及び図７に示すように、回転ベース部材１２１、複数のホール引込バー１２２、往復駆動部１２４及び回転駆動部１２３を含むことができる。

回転ベース部材１２１は、板状で備わって、回転駆動部１２３の回転に応じて回転し、往復駆動部１２４の駆動に応じてピンホールプレート１１１側に接近したり、ピンホールプレート１１１から離間される。ここで、回転ベース部材１２１は、円板状で備わることを例に図示しているが、その形状はこれに限定されない。

複数のホール引込バー１２２は、ピンホールプレート１１１のそれぞれの回転可動ホール１１２に対応する位置に回転ベース部材１２１の板面からピンホールプレート１１１の方向に突出して形成される。そして、複数のホール引込バー１２２は、複数のピンホールプレート１１１を回転させるために対応する回転可動ホール１１２に引き込まれる。すなわち、入射方向に積層されたそれぞれのピンホールプレート１１１の回転可動ホール１１２が入射方向に整列された状態で、回転ベース部材１２１がピンホールプレート１１１の方向に移動すると、それぞれのホール引込バー１２２が対応する回転可動ホール１１２に引き込まれて、全ピンホールプレート１１１の回転可動ホールを貫通可能になる。

往復駆動部１２４は、複数のホール引込バー１２２が対応する回転可動ホール１１２に引き込み及び引き出しを行うように回転ベース部材１２１をピンホールプレート１１１に接近及び離間させる。そして、回転駆動部１２３は、ピンホールプレート１１１が回転軸、すなわち回転支持部１３０を回転軸にして回転するようにホール引込バー１２２が回転可動ホール１１２に挿入された状態で、回転ベース部材１２１を回転させる。

前記のような構成に応じて、本発明に係る可変型ピンホールコリメータ１００を用いて、ピンホールＰＨを形成する方法を、図８乃至図１０を参照して詳細に説明する。

まず、図１０に示したピンホールＰＨの形状を形成するに当たって、往復駆動部１２４が回転ベース部材１２１をピンホールプレート１１１の方向に移動させ、ホール引込バー１２２を可動ホール１１２に引き込む。このとき、ホール引込バー１２２の先端は、図８に示すように、引込方向の反対側に位置するピンホールプレート１１１の回転可動ホール１１２まで引き込まれた状態になる。

このように、ホール引込バー１２２が反対側のピンホールプレート１１１の回転可動ホール１１２まで引き込まれた状態になると、反対側のピンホールプレート１１１の該ピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎが重畳位置に移動するように回転駆動部１２３が回転ベース部材１２１を回転させる。このとき、反対側のピンホールプレート１１１だけでなく、すべてのピンホールプレート１１１が共に回転することになる。引込方向の反対側の一番目のピンホールプレート１１１の該ピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎは、例えば、図１０に示したピンホールＰＨの例で、相対的に広いピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎが重畳位置に位置する。

一番目のピンホールプレート１１１のピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎが重畳位置に配置すると、往復駆動部１２４が回転ベース部材１２１を引出方向に移動させて、ホール引込バー１２２の先端が一番目のピンホールプレート１１１の回転可動ホール１１２からは引き出され、二番目のピンホールプレート１１１の回転可動ホール１１２にはかかる位置に移動させる。

そして、二番目のピンホールプレート１１１の該ピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎ、例えば、一番目のピンホールプレート１１１のピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎよりも小さい直径のピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎが重畳位置に位置するように回転駆動部１２３がピンホールプレート１１１を回転させる。このとき、一番目のピンホールプレート１１１は回転せず、二番目のピンホールプレート１１１と、残りのピンホールプレート１１１が共に回転する。

図９は、ホール引込バー１２２が積層されたピンホールプレート１１１の中間程度に位置した状態を示すものであり、前記のような過程を繰り返して、ホール引込バー１２２の挿入位置から反対側に位置するピンホールプレート１１１から順次に該ピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎが重畳位置に位置するようになって、図１０に示すようなピンホールＰＨが形成可能になる。

図１０を参照して、より具体的に説明すると、積層方向に中央側に位置するピンホールプレート１１１のピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎのうちの形成しようとするピンホールＰＨの直径に対応する直径のピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎが、前記のような過程を介して、重畳領域ＰＦＡに配置される。図１０は、二つのピンホールプレート１１１がホールの直径ｌを形成することを例にしている。

そして、ホールの直径ｌを形成したピンホールプレート１１１の上部及び下部方向にホールの直径を形成したピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎより順次に大きな直径のピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎが重畳領域ＰＦＡに配置されるように、残りのピンホールプレート１１１のピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎを配置させると、図１０に示すように、ピンホールＰＨの画角θが決まる。

このとき、積層方向に隣接するピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎの直径の差が大きいほど、形成される画角θが大きくなり、隣接するピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎの直径の差が小さいほど、形成される画角θが小さくなる。

このように、複数のピンホールプレート１１１に形成された相異なるサイズのピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎを選択的に重畳領域ＰＦＡに配置することにより、図１０に示した形状のピンホールＰＨでも、様々な画角などの具現が可能になる。また、図１１に示したピンホールＰＨの様々な形状もピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎの選択的な配置を介して具現可能になり、ピンホールコリメータ１００の差し替えなしで一つの機器で様々な形状のピンホールコリーメイデータの具現が可能になる。

図１２は、本発明の他の実施形態に係る可変型ピンホールコリメータ１００のピンホールプレート１１１の例を示した図である。図１２の（ａ）は、ピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎが長方形形状を有することを例にしている。そして、図１２の（ｂ）は、ピンホールプレート１１１に円形形状の複数のピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎと、長方形形状の複数のピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎが形成された例を示している。

図１２に示した実施形態を介して、本発明に係る可変型ピンホールコリメータ１００が、図１１に示した形状のピンホールＰＨだけでなく、図５に示した形状のピンホールＰＨも形成可能になる。

前述した実施形態では、ピンホール用形成ホール１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎがそのサイズの順に配列されることを例にして示しているが、本発明に係る技術的思想はこれに限定されなくて、サイズの順に関わらず配置されることができる。

以下、図１３乃至図１５を参照して、本発明の実施形態に係る放射線画像装置について詳細に説明する。ここで、本発明に係る放射線画像装置では、前述した可変型ピンホールコリメータ１００が適用されることを例にする。

本発明に係る放射線画像装置は、図１３及び図１４に示すように、可変型ピンホールコリメータ１００、放射線検出部３２０、画像処理部３５０及び制御部３１０を含む。

可変型ピンホールコリメータ１００は、前述したように、駆動モジュール１２０と、駆動モジュール１２０によって個別に回転する多数のピンホールプレート１１１で構成されたピンホール形成モジュール１１０を含む。ここで、可変型ピンホールコリメータ１００の説明は、前述したようなところ、その詳細な説明は省略する。

放射線検出部３２０は、可変型ピンホールコリメータ１００によって形成されたピンホールＰＨを通過した放射線、すなわちガンマ線を検出する。本発明に係る放射線検出部３２０の構成は、放射線の検出が可能な既に公知の多様な形態を有することができる。

放射線画像処理部３５０は、放射線検出部３２０によって検出された放射線を画像化する。本発明に係る放射線画像装置が単一光子放射断層撮影装置の形態で備わる場合には、放射線画像処理部３５０は、ガントリー３４０の回転に応じて様々な角度から検出される放射線を用いて画像の再構成アルゴリズムを介して断層画像を形成する。

制御部３１０は、放射線を放出する測定対象、例えば、生体Ｔ内の病変Ｌに可変型ピンホールコリメータ１００によって形成されるピンホールＰＨがフォーカスされるように可変型ピンホールコリメータ１００の形状、例えば、画角θを調節する。ここで、制御部３１０は、可変型ピンホールコリメータ１００の駆動モジュール１２０を制御することにより、ピンホール形成モジュール１１０によって形成されるピンホールＰＨの形状、例えば画角θを調節する。

ここで、本発明に係る放射線画像装置が単一光子放射断層撮影装置の形態で備わる場合には、放射線画像装置は、可変型ピンホールコリメータ１００と放射線検出部３２０を測定対象の周辺に回転させるガントリー３４０を含むことができる。

ここで、制御部３１０は、可変型ピンホールコリメータ１００が測定対象の周辺を回転するのに伴い、測定対象と可変型ピンホールコリメータ１００との間の距離の変化に基づいて、測定対象にフォーカシングされるように可変型ピンホールコリメータ１００のピンホールＰＨを調節することができる。

また、本発明に係る放射線画像装置は、可変型ピンホールコリメータ１００と放射線検出部３２０との間の間隔が調節されるように可変型ピンホールコリメータ１００と放射線検出部３２０のうちの少なくともいずれか一つを移動させる間隔調節モジュール３３０を含むことができる。本発明では、間隔調節モジュール３３０が、放射線検出部３２０を可変型ピンホールコリメータ１００に接近または離間させることにより、両部材の間の間隔が調節されることを例にするが、可変型ピンホールコリメータ１００が移動したり、両方の構成がすべて移動して間隔が調節されるように備わることもできる。

ここで、制御部３１０は、可変型ピンホールコリメータ１００のピンホールＰＨの画角θの調整と同期されて、可変型ピンホールコリメータ１００と放射線検出部３２０との間の間隔が調節されるように間隔調節モジュール３３０を制御することができる。

以下、前記のような構成に応じて、本発明に係る放射線画像装置の駆動方法を、図１４を参照して説明する。ここで、本発明に係る放射線画像装置によって撮影される測定対象は生体Ｔ内に位置する病変Ｌであることを例にする。このとき、可変型ピンホールコリメータ１００と放射線検出部３２０は、ガントリー３４０によって生体Ｔの周辺を回転して、放射線画像を獲得するのに、図１４に示すように、病変Ｌの生態内部の位置に応じて可変型ピンホールコリメータ１００と放射線検出部３２０が、生体Ｔの周辺を回転するときに測定対象の病変Ｌと可変型ピンホールコリメータ１００との間の距離が変わることになる。

本発明に係る放射線画像装置は、図１４に示すように、生体Ｔの全体を関心領域（Ｒｅｇｉｏｎ Ｏｆ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ、ＲＯＩ）としなくて、病変Ｌを関心領域とし、可変型ピンホールコリメータ１００及び間隔調節モジュール３３０を調節する。

図１４を参照して、より具体的に説明すると、ガントリー３４０によって可変型ピンホールコリメータ１００と放射線検出部３２０が、生体Ｔの周辺を回転すると、可変型ピンホールコリメータ１００と病変Ｌとの間の距離が変わる。このとき、制御部３１０は、可変型ピンホールコリメータ１００によって形成されるピンホールＰＨが病変Ｌにフォーカスされるように駆動モジュール１２０を制御する。

すなわち、図１４で病変が生体Ｔの内部の左側に偏っており、可変型ピンホールコリメータ１００が生体Ｔの左側に位置すると、可変型ピンホールコリメータ１００と病変Ｌの位置が近くになる。このとき、制御部３１０は、可変型ピンホールコリメータ１００のピンホールＰＨが病変にフォーカシングされるように可変型ピンホールコリメータ１００によって形成されるピンホールＰＨの画角θが広くなるように駆動モジュール１２０を制御する。

一方、可変型ピンホールコリメータ１００が、生体Ｔの右側に位置すると、可変型ピンホールコリメータ１００と病変Ｌの位置が遠くなって、左側に位置するときの画角θを保持すると、病変にフォーカシングされず、より広い領域が撮影されるところ、病変Ｌにフォーカスされるように可変型ピンホールコリメータ１００の画角θが小さくなるよう駆動モジュール１２０を制御する。

このとき、制御部３１０は、可変型ピンホールコリメータ１００のピンホールＰＨの画角θが変わるのに伴い、図１４に示すように、可変型ピンホールコリメータ１００と放射線検出部３２０との間の間隔を調節することにより、一定の拡大率が保持され、より鮮明で正確な画像獲得ができる。

ここで、生体Ｔ内の病変Ｌの位置とサイズは、ＲＯＩ設定部３６０を介して予め設定されることにより、ガントリー３４０の回転角度に応じて可変型ピンホールコリメータ１００と関心領域の病変Ｌとの間の距離が算出可能になり、該当位置での画角θが自動的に決定されることができる。一例として、人の身体に発生した癌の場合には、通常、病変Ｌの位置は確認できるところ、ＲＯＩ設定部３６０を介して設定が可能になる

図１５は、本発明の実施形態に係る可変型ピンホールコリメータが適用された放射線画像装置の動作原理を説明するための図である。図１５は、生体と病変がすべて円形の形状を有するもので単純化して説明することで、ガントリ２４０の回転方向に沿って変わる場合、各位置で該当する値を調節して適当であり、図１５は、一例として、本発明の技術的思想がこれに限定されない。

図１５でＲｐｈａｎは、生体Ｔの半径であり、Ｒｒｏｉは病変Ｌの半径であり、φはガントリ２４０の回転角度であり、θは可変型ピンホールコリメータ１００の画角であり、Ｄｒｃは病変Ｌの中心と可変型ピンホールコリメータ１００までの距離であり、Ｄｃｄは可変型ピンホールコリメータ１００の中心と放射線検出器３２０の表面までの距離であり、ｄは放射線検出器３２０のサイズとして一辺の長さである。ここで、病変Ｌの座標ｘ、ｙは、生体の中心を座標平面の原点にしたときに、該原点からの座標を示す。

ここで、図１５に示した各変数の関係式を整理すると、（数１）の通りである。

（数１）を介して確認できるように、病変Ｌの中心と可変型ピンホールコリメータ１００までの距離Ｄｒｃは、生体Ｔの半径と病変Ｌの位置、そしてガントリー２４０の回転角度を知ると、算出が可能であり、可変型ピンホールコリメータ１００の画角θは、病変Ｌのサイズと距離Ｄｒｃを介して算出が可能で、可変型ピンホールコリメータ１００と放射線検出器３２０までの距離Ｄｃｄは画角及び放射線検出器３２０の検出面積を介して算出が可能になる。

図１５及び（数１）を介して説明した例は、前述したように、生体及び病変が円形であることを例にしているが、位置に応じて可変になることができ、このとき、一部の変数は予測を介して既に入力することができるなど、当業者が様々な形態で具現可能である。

前記のような構成に応じて、可変型ピンホールコリメータ１００のピンホールＰＨの画角θを調節しながら測定が可能になり、関心領域の病変Ｌにのみフォーカスして撮影が可能になって、関心領域の病変Ｌについて、より高い解像度の画像の獲得が可能になる。

また、可変型ピンホールコリメータ１００がそれぞれの回転位置で関心領域の病変Ｌに最大限に近接した位置で撮影することができ、敏感度の向上により、生体Ｔに注入される放射性物質を最小化させることができる。

前述した実施形態では、可変型ピンホールコリメータ１００が単一光子放射断層撮影装置のような放射線画像装置に適用されることを例にした。加えて、本発明に係る可変型ピンホールコリメータ１００は、放射能検出装置にも適用できる。例えば、原子力発電所からの放射能漏れの検出のためのカメラに本発明に係る可変型ピンホールコリメータ１００が適用される場合には、一般的な撮影では、画角θを広げ、より広い領域を検出して、特定の位置で放射能が検出される場合、該領域をピンホールＰＨがフォーカスされるように可変型ピンホールコリメータ１００のピンホールＰＨを制御する。

また、前述した実施形態では、測定対象を生体Ｔと定義して説明し、これは人の人体や動物の両方を含む概念として定義して説明したものである。

そして、前述した実施形態では、関心領域が生体Ｔ内の病変Ｌであることを例にして説明しているが、本発明の技術的思想はこれに限定されず、病変Ｌ以外の組織なども関心領域に含まれることができる。

たとえとして本発明のいくつかの実施形態を示して説明したが、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する当業者であれば、本発明の原則や精神から逸脱ず、本実施形態を変形することを知ることができるだろう。発明の範囲は、添付された請求項とその均等物によって定められるものである。

本発明は、ガンマカメラや単一光子放射断層撮影（Ｓｉｎｇｌｅ Ｐｈｏｔｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ、ＳＰＥＣＴ）装置のような放射線画像装置に適用することができる。

１００：可変型ピンホールコリメータ
１１０：ピンホール形成モジュール
１１１：ピンホールプレート
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ、１１１ｎ：ピンホール用形成ホール
１１２：回転可動ホール
１１３：回転軸ホール
１２０：駆動モジュール
１２１：回転ベース部材
１２２：ホール引込バー
１２３：回転駆動部
１２４：往復駆動部
１３０：回転支持部
３１０：制御部
３２０：放射線検出部
３３０：間隔調節モジュール
３４０：ガントリー
３５０：放射線画像処理部
３６０：ＲＯＩ設定部
ＰＨ：ピンホール
ＦＡ：重畳領域

Claims (14)

1. 可変型ピンホールコリメータにおいて、
   それぞれの板面に互いに相異なるサイズを有する複数のピンホール用形成ホールが回転軸から同じ半径に円周方向に沿って形成され、複数の回転可動ホールがそれぞれの板面に回転軸を中心にして前記円周方向に沿って形成され、放射線の入射方向に積層された複数のピンホールプレートと、
   複数の前記ピンホールプレートの前記回転可動ホールに前記入射方向に順次引き込まれ、前記回転軸を中心にして複数の前記ピンホールプレートを回転させ、それぞれの前記ピンホールプレートに形成された複数の前記ピンホール用形成ホールのうちの選択された一つずつが重畳領域に順次位置するように、複数の前記ピンホールプレートを回転させて前記重畳領域にピンホールを形成する駆動モジュールを含むことを特徴とする可変型ピンホールコリメータ。
2. それぞれの前記ピンホールプレートの前記回転軸には、板面が貫通して形成された回転軸ホールが形成され、
   複数の前記ピンホールプレートの前記回転軸ホールに挿入されて、複数の前記ピンホールプレートの回転を支持する回転支持部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の可変型ピンホールコリメータ。
3. 複数の前記回転可動ホールは、複数の前記ピンホール用形成ホールと、前記回転軸ホールとの間に形成されることを特徴とする請求項２に記載の可変型ピンホールコリメータ。
4. 複数の前記回転可動ホールと前記回転軸ホールは連通し、前記回転軸ホールと複数の前記回転可動ホールが歯車形状を有することを特徴とする請求項３に記載の可変型ピンホールコリメータ。
5. 前記駆動モジュールは、
   回転ベース部材と、
   それぞれの前記回転可動ホールに対応する位置に、前記回転ベース部材の板面から前記ピンホールプレートの方向に突出して、それぞれの回転可動ホールに引き込み可能な複数のホール引込バーと、
   複数の前記ホール引込バーが対応する前記回転可動ホールに引き込み及び引き出しを行うように前記回転ベース部材を前記ピンホールプレートに接近及び離間させる往復駆動部と、
   前記ピンホールプレートが前記回転軸を中心にして回転するように、前記ホール引込バーが前記回転可動ホールに挿入された状態で前記回転ベース部材を回転させる回転駆動部を含むことを特徴とする請求項１に記載の可変型ピンホールコリメータ。
6. 複数の前記ホール引込バーが前記回転可動ホールに引き込まれた状態で引込方向の反対側の前記ピンホールプレートの該ピンホール用形成ホールから前記重畳位置に移動するように、前記回転駆動部が前記回転ベース部材を回転させて、
   前記往復駆動部が前記回転ベース部材を前記ピンホールプレートから離間させて，前記引込方向の反対側の前記ピンホールプレートの前記回転可動ホールから前記ホール引込バーが引き出された後、次の前記ピンホールプレートの該ピンホール用形成ホールが前記重畳位置に移動するように、前記回転駆動部が前記回転ベース部材を回転させて、前記引込位置の反対側の前記ピンホールプレートから順次に該ピンホール用形成ホールが前記重畳位置に位置して、前記ピンホールが形成されることを特徴とする請求項５に記載の可変型ピンホールコリメータ。
7. 前記回転可動ホールは、前記ピンホール用形成ホールの数に対応して形成され、
   相互対応する前記回転可動ホールと前記ピンホール用形成ホールは、前記回転軸を中心にして同じ角度で形成されることを特徴とする請求項１に記載の可変型ピンホールコリメータ。
8. 前記ピンホール用形成ホールは円形形状又は多角形形状を有することを特徴とする請求項１に記載の可変型ピンホールコリメータ。
9. 前記ピンホール用形成ホールは、
   円形形状を有する複数の円形形成ホールと、
   多角形形状を有する複数の多角形形成ホールを含むことを特徴とする請求項１に記載の可変型ピンホールコリメータ。
10. 前記ピンホール用形成ホールはサイズ順に配列されることを特徴とする請求項１に記載の可変型ピンホールコリメータ。
11. 放射線画像装置において、
    請求項１乃至請求項１０の中のいずれか一項に記載の可変型ピンホールコリメータと、
    前記可変型ピンホールコリメータの前記ピンホールを通過した放射線を検出する放射線検出部と、
    前記放射線検出部によって検出された放射線を画像化する放射線画像処理部と、
    放射線を放出する測定対象にフォーカシングされるように、前記可変型ピンホールコリメータの前記ピンホールの形状が調節されるように、前記可変型ピンホールコリメータの駆動モジュールを制御する制御部を含むことを特徴とする放射線画像装置。
12. 前記可変型ピンホールコリメータと前記放射線検出部を、前記測定対象の周辺に回転させるガントリをさらに含み、
    前記制御部は、前記可変型ピンホールコリメータが前記測定対象の周辺を回転するのに伴い、前記測定対象と前記可変型ピンホールコリメータとの間の距離の変化と、前記測定対象のサイズに基づいて、前記可変型ピンホールコリメータの前記ピンホールの画角を調節することを特徴とする請求項１１に記載の放射線画像装置。
13. 前記可変型ピンホールコリメータと前記放射線検出部との間の間隔が調節されるように、前記可変型ピンホールコリメータと前記放射線検出部のうちの少なくともいずれかを移動させる間隔調節モジュールをさらに含み、
    前記制御部は、前記可変型ピンホールコリメータの前記ピンホールの画角調節と同期されて、前記可変型ピンホールコリメータと前記放射線検出部との間の間隔が調節されるように、前記間隔調節モジュールを制御することを特徴とする請求項１０に記載の放射線画像装置。
14. 前記測定対象は生体内に位置する病変を含み、
    前記病変の前記生体内部の位置に応じて前記可変型ピンホールコリメータと前記放射線検出部が前記人体の周辺を回転するときに、前記測定対象と前記可変型ピンホールコリメータとの間の距離が変わることを特徴とする請求項１３に記載の放射線画像装置。